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文檔簡介
1、在愈演愈烈的能源危機影響下,生物能源的研究得到長足發(fā)展。從第一代糧食生物質(zhì)到第二代纖維生物質(zhì),從陸生生物質(zhì)到海洋生物質(zhì),生物質(zhì)能的研究思路開始逐漸成熟,特別是關(guān)于微藻和巨藻在生物柴油方面的利用已有許多報道。同時,海洋生物質(zhì)生物乙醇的轉(zhuǎn)化已引起廣泛關(guān)注,研究主要集中在對各種海洋藻類(包括紅藻、綠藻和褐藻)直接進行淀粉和纖維素的轉(zhuǎn)化利用。
許多藻類具有較大的工業(yè)價值,對其直接進行能源的轉(zhuǎn)化利用會造成資源的浪費,而藻類加工業(yè)產(chǎn)生
2、的廢渣會造成環(huán)境壓力等問題。特別是褐藻膠工業(yè)提取工藝中,由于使用堿消化技術(shù)造成廢棄物殘渣顯堿性,該廢渣的大量排放和填埋造成水質(zhì)和土質(zhì)污染??紤]以上因素,本實驗采用褐藻膠工業(yè)提取工藝的固體廢渣(簡稱褐藻殘渣)作為材料進行生物乙醇的轉(zhuǎn)化研究。類似的褐藻殘渣中均含有較高含量的纖維素和一定量的半纖維素,本實驗所獲得的基本組分含量為:纖維素29.50%,半纖維素12.05%和極少量的木質(zhì)素,這表明褐藻殘渣是一種具有利用前景的生物質(zhì)。
3、 針對纖維素的預(yù)處理分析,主要通過比較傳統(tǒng)的稀酸預(yù)處理、新型的cellulose-solvent-based lignocellulose fractionation(CSLF)預(yù)處理和離子液體-N-烯丙基-3-甲基咪唑氯(N-Ally-3-methylimidazolium chloride,AMIMCl)三種預(yù)處理方式對酶解效果的影響發(fā)現(xiàn):稀酸預(yù)處理方式中,酸(鹽酸或硫酸)濃度的提高導(dǎo)致樣品固形物中纖維素的損失增加,而且0.1%鹽酸
4、處理較0.1%硫酸處理的樣品酶解糖化率略低,故采用0.1%硫酸(121℃下保持1 h)作為稀酸預(yù)處理的最佳條件;CSLF預(yù)處理對褐藻殘渣預(yù)處理的效果與前者最佳稀酸預(yù)處理方式相近,由于該方法需要多次的乙醇(或丙酮)和蒸餾水多次離心洗滌,繁瑣的操作反而加重能耗的投入,所以該方法未在實驗室水平再深入討論;離子液體-AMIMCI預(yù)處理則顯著地提高了褐藻殘渣的酶解糖化率,在同樣的酶解條件(纖維素酶:45 FPU/g樣品;纖維二糖酶:55 CBU/
5、g樣品)下,AMIMC1預(yù)處理的褐藻殘渣獲得99.93%的糖化率,而稀酸處理可得到94.46%的糖化率,并且在低劑量纖維二糖酶輔助酶解的條件(纖維素酶:45 FPU/g樣品;纖維二糖酶:27.5CBU/g樣品)下,AMIMC1預(yù)處理的褐藻殘渣可在48 h和72 h分別獲得93.64%和93.71%的酶解糖化率。換言之,AMIMC1預(yù)處理可以顯著提高作用底物的糖化效率,并且能夠從經(jīng)濟的角度實現(xiàn)纖維二糖酶使用量的降低以及工藝時間的縮短。
6、r> 針對纖維素和半纖維素的共利用,主要考察酸水解對褐藻殘渣的組分影響,以期實現(xiàn)纖維素良好預(yù)處理和半纖維素的最大程度降解。通過考察不同濃度0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的鹽酸或硫酸于121℃下酸解達1 h的褐藻殘渣的固形物質(zhì)量損失、纖維素含量、半纖維素含量和木質(zhì)素含量的變化情況發(fā)現(xiàn),2%酸處理基本上可以達到固形物質(zhì)量損失極限(稀酸處理范圍內(nèi))和半纖維素的較大程度降解,對木質(zhì)素含量幾乎沒有影響。通過對酸解
7、液溶出物進行聚丙烯酰胺凝膠(P2)柱層析、薄層層析(TLC),以及對酸解液溶出物分別采取直接糖醇乙酸酯衍生化和經(jīng)三氟乙酸酸解后糖醇乙酸酯衍生化處理之后進行氣相色譜(GC)分析可以發(fā)現(xiàn),溶出物中除含有葡萄糖和少量的木糖外,還含有大量以甘露糖和巖藻糖為主的寡糖。這對接下來的發(fā)酵工藝提供可參考的數(shù)據(jù)。
針對褐藻殘渣發(fā)酵環(huán)節(jié),主要采用Saccharomyces cerevisiae利用固形物中纖維素酶解產(chǎn)物-葡萄糖,考察不同發(fā)酵方
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